物理学革命中的自然观

物理学革命中的自然观

19世纪20年代初，物理学界发生了一次深远意义的“革命”，这次革命使整个物理学大厦发生了根本性变化，由于各个学科相互渗透，在物理学家们一步步的探索之中，渗透着的辩证唯物主义自然观显而易见，在此我们共同回顾物理学史。

19世纪末20世纪初，经典物理学的各个分支学科都已经发展到了完善、成熟的阶段，随着热力学和统计力学的建立以及麦克斯韦电磁场理论的建立，经典物理学达到了它的顶峰，当时的人们以系统的形式描绘出一幅物理世界的清晰、完整的画面。几乎能完美的解释所有已经观察到的物理现象。由于经典物理学的巨大成就,当时不少物理学家产生了这样一种思想:认为物理学的大厦已经建成,物理学的发展基本上已经完成,人们对物理世界的解释已经达到了终点.物理学的一些基本的、原则的问题都已解决,剩下来的只是进一步精确化的问题,也就是在一些细节上作一些补充和修正,使已知公式中的各个常数测得更精确一些.

然而,正当物理学家在庆贺物理学大厦落成之际,科学实验却发现了许多经典物理学无法解释的事实. 首先是世纪之交物理学的三大发现:电子、X 射线和放射性现象的发现. 其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”:“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”. 这些实验结果与经典物理学的基本概念及基本理论有尖锐的矛盾,经典物理学的传统观念受到巨大的冲击,经典物理发生了“严重的危机”. 由此引起了物理学的一场伟大的革命.

物理学革命发韧于量子论和相对论的产生。普朗克于1900年为解决黑体辐射实验结果同古典理论的矛盾，提出了量子假说，认为在辐射的发射或吸收过程中，能量不是无限可分的，而是有一个最小的单元即量子。这是一个大胆的假说，它直接违背了莱布尼茨的“自然界无飞跃”的论断。因而在1911年以前，老一辈物理学家几乎全部无法接受它，就连普朗克自己也惴惴不安，曾于1911年和1914年两度提出以古典概念取代量子假说的新理论。第一个认真对待并努力发展量子概念的是年轻的爱因斯坦。他从认识论的角度意识到，量子概念带来的将是整个物理学理论框架的根本变革，物理学家需要做的工作是建立新的理论基础，而不是局部地修补。他于1905年把量子概念扩充到辐射的传播过程，提出光量子假说，认为光既具有波动性又具有粒子性，即波－粒二象性，这是人类第一次认识到的微观客体的最基本的特征。随后，他又把量子概念推广到辐射领域以外，用来研究低温固体比热和光化学现象，开创了固体量子论和光化学理论。量子论出现之前，人们大都认为世界是很有规律的，上帝不掷骰子，从无中不可能产生东西出来。之后便知混沌无出不在，无中生有也不是不可能。量子力学标志了对微观世界认识的深入，揭示了连续性与间断性、波动性与粒子性的辩证统一，凸现了量子现象的整体性，打破了机械决定论的观念。

直接向牛顿力学理论体系挑战的是爱因斯坦于1905年创立的狭义相对论（见相对论）。狭义相对论否定了作为牛顿力学理论基础的绝对空间和绝对时间概念，否定了作为一切电磁现象和光学现象载体的“以太”的存在，驱散了由“以太漂移”实验所带来的困恼。狭义相对论把

古典力学定律全部加以改造，使之适合于低速运动的极限情况。作为狭义相对论的推论，运动的尺要变短、运动的钟要变慢,任何物体运动速度都不可能超过光速。狭义相对论揭示了作为物质存在形式的空间和时间的统一性，揭示了物质和运动统一性的最本质的形式──质量和能量的相当性。这不仅发展了物质和运动不可分离的原理，而且为原子能时代的到来开辟了道路。爱因斯坦经过多年的艰苦努力，于1915年进一步建立了广义相对论。广义相对论揭示了空间、时间同物质的统一关系，指出空间、时间不是离开物质独立存在的，时空的结构取决于物质的分布；物理空间不是平坦的，而是弯曲的。相对论出现之前人们大都认为时空是绝对、恒定的，之后便知道时空能随着物质的运动而发生改变，而在某个时刻，时空甚至并不存在。相对论否定了牛顿的绝对时空观，揭示了空间与时间、空间时间与物质及其运动、质量与能量之间存在的辩证关系

物理学革命已过去百年,在它给人类社会带来科学技术和财富的同时,也给人类社会带来

了宝贵的精神财富. 总结那段历史,思考其发展规律,对现代科学技术的发展具有重要意义。现代自然科学，特别是系统科学的发展，一方面揭示了系统是物质存在的基本形式，另一方面也为揭示自然界运动变化的原因问题提供了科学的方法，揭示出自然界物质的相互作用是复杂的、立体的因果网络，是系统的、整体的因果联系。恩格斯指出：“自然界不是循着一个永远一样的不断重复的圆圈运动，而是经历着实在的历史。”现代自然科学，特别是系统科学的发展，还深刻地触及了自然界运动和演化的方向问题。自然界运动演化方向性的揭示，是辩证唯物自然观新发展的又一重要内容。

20 世纪物理学革命的过程,也就是敢于挑战传统、创新的过程. 当时,爱因斯坦、玻尔处于风华正茂的年代,他们举起了创新旗帜,带领海森堡等一批年轻人向旧世界宣战. 他们都是

敢于向旧世界说“不”的人. 不管普朗克愿意不愿意,他被实验事实逼上梁山,“孤注一掷”地提出,能量是不连续的;爱因斯坦深化了这一个“不”字,而且在相对论里又说了一个“不”:

光速是不变的;玻尔则说,在微观世界里,绕核运动的电子是不辐射的;海森堡更提出了量子力

学中最关键的一个关系式“不确定关系式”,以一个“不”字与基于完全确定论的经典物理彻底决裂. 不过,所有这些“不”都不是无中生有的,而是有坚实的实验事实为依据的. 正是靠了黑体辐射实验、光电效应实验、原子光谱实验、弗兰克- 赫兹实验⋯⋯一连串的“不”字才能响彻云霄.“不”字并非否定一切.自然观的产生和一定时代的科学发展水平相适应。随着自然科学的发展，辩证唯物主义自然观在不断地接受着检验并不断得到发展。可以看出各个理论的产生是受当时科技水平的限制，物理学家们做试验的器材也是很不严谨，各个理论的产生是在原来就理论的基础上得到不断地进步，因为科技在发展，牛顿力学、麦克斯韦电磁理论,

作为19 世纪的伟大科学成果,仍然是当今科技世界的理论支柱,卫星上天、宇宙飞行、电气世界,都以它们为基础. 只是当人们的探索范围深入到微观世界时,主宰分子、原子、粒子运动规律的是量子力量,描述高速(接近于光速) 运动物体规律的是相对论.

以上我们可以看出，系统科学的发展触及了自然界运动和演化的方向问题，自然界运动